多功能流水灯

课程设计说明书课程设计名称：数字逻辑课程设计课程设计题目：多功能流水灯学院名称：信息工程学院专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：评分：教师： 20 10 年 9 月日摘要随着数字技术的发展和人们生活水平的提高，彩灯已成为不可或缺的装饰物。

为了了解其结构同时为检验对大学基础专业课程知识的掌握程度，故开设本课程设计。

本课程设计的目的是：设计一个彩灯流水控制电路，要求实现定时，正、逆流水，自控、手控、流向控制等功能。

这次利用555定时电路组成一个多谐振荡器，作为计数器的时钟脉冲源。

通过滑动变阻器改变阻值改变时钟脉冲的频率；使用CD4510加/减计数器和CD4027触发器进行计数和控制流向实现正逆向流水，CD4028译码器进行译码。

经过准备、分析、调试，本次电路设计基本完成了各项要求。

关键字：流水，自控，手控,555。

目录摘要 (1)前言 (3)第一章设计内容及要求 (5)1.1基本要求 (5)1.2提高要求 (5)第二章系统的组成及工作原理 (6)2.1系统的组成 (6)2.2工作原理 (6)第三章电路方案设计 (7)3.1方案比较 (7)3.2单元电路设计 (8)3.2.1 定时电路 (8)3.2.2 计数译码电路 (10)3.2.3 控制电路 (12)3.2.4实验、调试及测试结果与分析 (13)第四章结论 (14)第五章参考文献 (13)附录一芯片管脚功能图 (16)附录二元器件清单 (21)附录三总设计电路图 (22)前言在日常生活中我们经常看到在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁都用彩灯作为装饰。

现在在国内外，彩灯流水控制技术已经相当成熟。

但是这一点并不能否认我们对其进行数字逻辑课程设计。

因为其中对逻辑电路进行设计分析的思路仍然值得我们去学习和研究。

故本次的设计课题为设计一个彩灯流水控制电路，其主要部分实现定时功能，通过可逆计数器和译码器来实现正、逆流水功能，利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。

主要使用555定时电路、 CD4510、CD4027和CD4028来实现，通过调节电阻阻值可以使实验现象更明显。

通过这次课程设计，明白了一般的电子产品的设计及制作过程的复杂，加深了对所学知识的了解和掌握了许多芯片的使用方法。

第一章设计内容及要求1.1〖基本要求〗1.设计一个彩灯控制电路，能使彩灯的流向可以变化。

可以正向流水，也可以逆向流水。

灯流动的方向可以手控也可以自控，自控往返时间周期可调；2.实现彩灯流速可以改变；3.彩灯可以间歇流动；1.2〖提高要求〗1.暂停功能按下开关，在彩灯频率比较低的情况下，开关可使彩灯依次暂停。

2.实现流水灯的显示图案循环的控制电路，如间隔一盏灯实现循环，单向流水。

第二章 系统的组成及工作原理2.1系统组成：本系统主要由多谐振荡器，计时电路，分频电路，控制电路组成。

通过按键开关产生单次脉冲来控制流水灯的状态，并通过发光二极管将各种状态显示出来。

2.2工作原理：555定时电路组成一个多谐振荡器，发出脉冲，作为计数器的时钟脉冲源。

通过滑动变阻器改变阻值从而改变时钟脉冲的频率；使用CD4510加/减计数器和CD4027触发器加上一个非门进行计数和控制流向实现正逆向流水，CD4028译码器进行译码。

原理框图如下：图1 多功能流水灯原理框图振荡分频电路 控制电路计数 驱动译码第三章 电路方案设计3.1方案比较 方案一：原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。

在设计电路时，选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。

主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP 进行调节。

由于RP 的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。

灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。

U14017BD_10VO03O12O24O37~CP113MR15CP014O410O51O65O76O89O911~O5-912X12.5 V11U2LM555CMGND 1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 2R12kΩR2500kΩKey=A 15%C110nF VCC5V35VCCC210nF24U3UNDCD_BARGRAPH 5mA 167891012131415此方案不足之处是不能手控，和正，逆流水。

只是实现了基本功能。

方案二：在原有的电路进行了改进，增加和替换了芯片，本方案比较完美的实现了设计要求。

手控，自控，流向控制。

将两方案进行比较，很明显应该选择方案二。

方案二是方案一的改进，在完成了基本要求的同时，增加了附加电路的设计。

3.2单元电路设计3.2.1定时电路由一片555加上适当电容及电阻实现，电容C充电、放电的两个暂稳态交替变化，输出矩形脉冲信号。

定时器由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。

通电后，因电容C1两端电压不能突变，2脚的电压为低电平，集成块NE555的内部触发器被置位，3脚输出高电平。

同时，由于电源经电阻R1和R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的2/3时，集成块NE555的内部触发器被复位，3脚的输出电压翻转为低电平。

同时集成块NE555内部的放电管导通，即7脚通过内部的放电管和1脚相通，C2上储存的电荷就通过R2、7脚放电，使6脚和2脚的电压不断下降，当电位降低到VCC的1/3时，集成块NE555的内部触发器被置位。

同时集成块NE555内部的放电管截止，7脚被悬空，电源又通过R1、R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高……如此，周而复始，形成振荡。

输出端的高电平维持时间取决于电容C2的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。

由于R2≥R1，故可以认为f放≈f充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。

U2LM555CMGND1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 2R12kΩR2500kΩKey=A 15%C110nFVCC5V35VCCC210nF 2图3.2.1 555组成的多谐振荡器当555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为：T=0.7*（R1+R2）*C 。

高电平暂稳态的持续时间为：T1=0.7*（R1+R2）；低电平的暂稳态持续时间为：T2=0.7R2*C 。

占空比：q%=R1/(R1+R2)。

本电路中，调节可变电阻R2便可改变振荡电路的频率，反映在CD4028输出端则是流动的速率。

3.2.2计数译码电路由CD4510计数器和CD4028译码器组成，实现10个彩灯的正逆水、间歇流水功能。

图3.2.2 流水计数译码电路CD4510计数器:可预设ＢＣＤ上/下数控制器CD4510 是一组可预设BCD 上/下数计数器1有BCD 计数功能。

2.具有清除控制功能，故多了一只清除控制端R。

清除端R 在使用上具有最高优先权，及当R=1，则Q 不论其它输入为何，其输出QDQcQBQA 必皆被清除为0，令R=0，正常计数，其接脚图如图1。

其功能：Ci：进位输入端，当其为1，则clock 输入都无效，只有在Ci=0 时，clock 的正缘触发才能使计数器计数。

Co：进位输出端，平常输出都保持在1，只有在上数计数到9，或下数计数到0 时才会变为0 输出，以作为进位或借位之准备，直到下一个时序信号的正缘输入才转为1。

因此做计数器串联时，需将个位数Ci 接地，而将其Co 接到十位数计数的Ci 中。

CD4028 4线－10线译码器：CD4028 是BCD－十进制或二进制－八进制译码器，它由4 个缓冲输入端口、译码逻辑门和10 个缓冲器组成。

加至四个输入端口A0～A3 的一个BCD 码在十个十进制译码器输出十个相应的顺序脉冲，输出为高电平有效。

同样，若A3＝0，加在输出口具有高驱动能力，以在高输出应用中增强直流和动态性能。

CD4028 提供了16 引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。

3.2.3控制电路：由CD4510计数器和CD4027触发器加上一个74LS04组成，实现手控和自控功能。

CD4027是包含了2个相互独立的、互补对称的J－K主从触发器的单片集成电路。

每个触发器分别提供了J、K置位、复位和时钟输入信号及经过缓冲的Q和Q输出信号，输入输出引出端排列与CC4013双D型触发器相似。

CC4027可用于性能控制、寄存器和触发器等电路。

加在J、K输入端的逻辑电平通过内部自行调整来控制每个触发器的状态，在时钟脉冲上升沿改变触发器状态，置位和复位功能与时钟无关，均为高电平有效。

3.2.4. 实验、调试及测试结果与分析在确定了电路、领好元器件之后，首先选择的是用万用欧姆档测试实验板上是否存在插口接触不良的问题，保证各元件之间的正常连通。

同样的，也测试了各导线是否存在高电阻导线。

由于实验室的导线都是新的，并没有发现高阻导线，再依次检查芯片是否完好后，按照电路图先把电路接好。

接得过程中也要注意取线的长短，避免太过杂乱，妨碍检查，接地也最好接在一起以避免干扰。

然后测试了各单元电路的状态，从555开始，用示波器检查555是否发出比较好的信号，并调节滑动变阻器使示波器上显示正常的波形。

示波器显示的波形频率也和计算的相吻合。

但是流水灯不会亮，检查电路后，把电源由12V变为5V，灯会闪烁但不正常，拨动导线会偶尔出现流水现象，重新检查若干导线后，更换了有点问题的导线。

再分步排除问题。

后来又出现灯全部亮的情况，开始我们以为是哪里短路了，仔细观察发现其实灯带有流水灯的迹象，就是有点闪烁，不明显。

采取了更换大的电阻电容的措施，效果就出来了。

调动滑动变阻器，可以使得自控往返时间为5秒，彩灯流速也可以改变。

最后调试控制流水灯流向电路。

首先单独调试控制电路本身，施加于控制电路的各个信号可以人为设定为某种状态，直至正常工作。

其次将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调，直至达到理想效果。

第四章结论这是一次比较系统的电路设计，作为计算机系的学生，设计是必备的技能。

这次将理论与实践相结合的实践。

其中包括理论设计、仿真、确定方案、安装电路、调试电路、成型。

需要具备电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力，甚至还是对个人耐心程度的一个考验。

如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并将其简单的连接起来，那就失去了本次课设的意义了。

对于计算机科学与技术这一个专业的，那就没有任何的理由不去提高自己的动手能力了。